همان‌طور که همه ما می‌دانیم، ماسه طبیعتی سست و شکننده‌ دارد. اما در روزهای قدم زدن در کنار ساحل، گاهی چشممان به قلعه‌های شنی بزرگی می‌‌افتد که سر جای خود محکم ایستاده‌اند. لایو در گزارشی به این قلعه‌های شنی محکم پرداخته است.

بر اساس رکوردهای جهانی گینس، بلندترین قلعه شنی جهان تا امروز در سال ۲۰۲۱ و در بلوخس دانمارک ساخته شده است. ارتفاع این قلعه خیره‌کننده ۲۱ متر و ۱۶ سانتی‌متر است.

اما قلعه‌های شنی چطور استوار و مقاوم می‌ایستند؟

به گفته جوزف اسکالیا، مهندس ژئوتکنیک در دانشگاه ایالتی کلرادو، ماسه چیزی جز ذرات مواد معدنی به قطرهای ۰.۰۷۵ تا ۴.۷۵ میلی‌متر نیست. ذرات کوچک‌تر را به نام رس یا لای (سیلت‌) و ذرات بزرگ‌تر را به نام شن یا سنگ‌ریزه طبقه‌بندی می‌کنند.

اگرچه ماسه است که در ساختن قلعه شنی به کار می‌رد، آب است که عامل کنار هم ماندن مواد است.

جیم بست، رسوب‌شناس در دانشگاه ایلینوی، می‌گوید: «اگر کمی آب به ماسه خشک اضافه کنید، آب به سطح دانه‌ها می‌چسبد و پل‌های کوچکی از آب در محل تماس دانه‌ها می‌سازد.»

استحکام این پل‌ها بستگی به کشش سطحی آب دارد. این ویژگی (کشش سطحی) باعث می‌شود که قطره‌های آب به فشرده‌ترین شکل ممکن (کروی) دربیایند. مولکول‌های موجود در مایعات محکم‌تر از مولکول‌های دیگر به هم می‌چسبند و باعث می‌شوند سطوح این مایعات مانند غشایی انعطاف‌پذیر عمل کند که بسیار قوی است.

هنگامی که فضای کافی برای جریان هوا بین دانه‌ها وجود داشته باشد، پل‌های آبی در این منافذ پر از هوا ایجاد می‌شود تا شن و ماسه را، به کمک مکش، کنار هم نگه دارد.

اگر آب خیلی کم باشد، قلعه شنی فرو می‌ریزد، زیرا پل‌های کافی برای نگه‌ داشتن دانه‌‌ها در کنار هم وجود ندارد. البته آب زیاد منافذ و در پی آن پل‌ها را از بین می‌برد. در این صورت، شن و ماسه شبیه به دوغاب می‌شود.

راه دیگر برای کمک به استواری قلعه‌های شنی استفاده از دانه‌های زاویه‌دار با گوشه‌های تیز است. بست می‌گوید: «تصور کنید دانه‌های شن همگی کاملا کروی باشند، مثل توپ‌هایی کوچک به اندازه ماسه. این دانه‌های کروی نمی‌توانند خیلی نزدیک به هم قرار گیرند، زیرا نسبت به دانه‌های زاویه‌دار، پایداری کمتری در کنار یکدیگر دارند.»

کنار هم نشستن تنگاتنگ دانه‌های شنی اثر کشش سطحی آب را افزایش می‌دهد. به گفته بست، این دانه‌های زاویه‌دار بیشتر و بهتر به هم متصل می‌شوند و مقاومت حاصل از اصطکاک مانع فروریختن آن‌ها می‌شود.

بهترین نوع ماسه برای ساختن قلعه شنی معمولا در سواحل یافت نمی‌شود. دانه‌های زوایه‌دار (غیرکروی) در شن‌های رودخانه‌ای یافت می‌شود که از کوه‌ها سرازیر شده‌اند و گوشه‌های آن‌ها بر اثر باد و آب دچار فرسایش نشده است.

شیو ژانگ، مهندس ژئوتکنیک در دانشگاه علوم و فناوری میزوری، به لایو ساینس گفت: «علاوه بر این، قلعه‌سازان حرفه‌ای مقدار کمی خاک رس به شن اضافه می‌کنند تا [به علت چسبندگی] دوام و عمر قلعه‌های شنی را افزایش دهد.»

ذرات خاک رس که کوچک‌تر از دانه‌‌های ماسه‌اند می‌توانند در منافذ بین ذرات ماسه جای بگیرند. در این صورت، پل‌های بیشتری برای ساخت‌وساز محکم‌تر ایجاد می‌شود.

فشرده‌ کردن شن و ماسه مرطوب نیز قلعه‌های شنی را محکم‌تر می‌کند. در واقع، تراکم به دانه‌های زاویه‌دار کمک می‌کند استحکام شن را بیشتر کنند.

بست در ادامه گفت: «قلعه‌های شنی در نهایت خشک می‌شوند، اما نمک آب دریا به ماندگاری آن‌ها کمک می‌کند. بر اثر تبخیر آب دریا، نمک موجود در آب دریا به صورتی بلورهایی درمی‌آید که ساختارها را تثبیت می‌کند. با این حال، این بلورها شکننده خواهند بود. این نوع ساختارهای شنی به‌راحتی از هم می‌پاشند.»